Алматы 2017 январь
жүктеу/скачать 28,19 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Нейрондық сигналдардың бейсызық сипаттамалары Түйіндеме.
- Nonlinear characteristics of neural signals Summary.
- Keywords
- М. К. Ибраимов, Е. Сагидолда, М. А. Алимова, Н. Ж. Себепкалиев
- ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОВЫХ СЕНСОРОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЕВЫХ НАНОНИТЕЙ
- Ключевые слова
- Рис. 1.
- Кремний наножіпшілері негізіндегі газды сенсорларының жоғары сезгіш электрлік қасиеттері Түйіндеме.
- Highly sensitive electrical characteristics of gas sensors based on silicon nanowires Summary.
- ТҰТЫНУШЫЛАРДЫҢ ҚҰҚЫҚТАРЫН ҚОРҒАУ ҰЛТТЫҚ КОМИТЕТІ НЕГІЗІНДЕ ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖАБДЫҚТАР МЕН ӨЛШЕУ ҚҰРАЛДАРЫН СЫНАУДЫ ТАЛДАУ Түйіндеме.
● Технические науки
368 №1 2017 Вестник КазНИТУ
[8] E De Schutter: Why are computational neuroscience and systems biology so separate? // PLoS com- putational biology, Vol. 4:e1000078 (2008) [9] E De Schutter, JD Angstadt, RL Calabrese: A model of graded synaptic transmission for use in dy- namic network simulations // Journal of neurophysiology 69:1225-35 (1993) [10] R.M. Eichler West, E. De Schutter, G.L. Wilcox: Using evolutionary algorithms to search for control parameters in a nonlinear partial differential equation // Evolutionary Algorithms 111:33-64 (1999) [11] M. Forti, M Grazzini, P. Nistri, L. Pancioni Generalized Lyapunov approach for convergence of neu- ral networks with discontinuous or non-Lipschitz activations // Physica D 214, pp. 88 – 99, 2006. [12] T. Ivancevic, L. Jain, J. Pattison, A. Haris, Nonlinear dynamics and chaos methods in neurodynamics and complex data analysis // Nonlinear Dyn, vol. 56, pp. 23–44, 2009. [13] J. Baladron, D. Fasoli, O. Faugeras, J. Touboul, Mean-field description and propagation of chaos in networks of Hodgkin-Huxley and FitzHugh-Nagumo neurons // The Journal of Mathematical Neuroscience, vol. 2(1), 2012. [14] M. Storace, D. Linaro, E. de Lange, The Hindmarsh–Rose neuron model: bifurcation analysis and piecewise-linear approximations // Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, vol. 18(3), 2008. [15] N.F. Rulkov, Modeling of spiking-bursting neural behavior using two-dimensional map // PhysRevE, vol. 65, 2002. [16] Z. Zh. Zhanabaev, Y. T. Kozhagulov, A Generic model for scale–invariant neural networks // Journal of Neuroscience and Neuroengineering, vol. 2(3), pp. 267-271, 2013. [17] H. G. Schuster, W. Just Deterministic Chaos: An Introduction // Fourth edition, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, pp. 299, 2005. [18] M. Prokopenko, C. Gershenson Entropy Methods in Guided Self-Organisation // Entropy 2014, 16, 5232-5241; doi:10.3390/e16105232 [19] W. Slomczynski, J. Kwapier, K. Zyczkowski Entropy Computing Via Integration over Fractal Measures // Chaos. –Vol. 10, №1, 2000, -P. 180-188. [20] C. E. Shannon, A Mathematical Theory of Communication // The Bell System Technical Journal, vol. 27, pp. 379–423, 1948. [21] Z.Zh. Zhanabaev, Information properties of self-organizing systems // Rep. Nat. Acad. Of Science RK. Vol. 5, pp. 14-19, 1996. [22] Z.Zh. Zhanabaev, Y.T. Kozhagulov, S.A. Khokhlov, Scale invariance criteria of dynamical chaos // International Journal of Mathematics and Physics, vol. 4, №2, pp. 29-37, 2013. [23] Z. Zh. Zhanabaev, Obobshchennaya metricheskaya kharakteristika dinamicheskogo khaosa // Materi- aly VIII Mezhdunarodnoi shkoly Khaoticheskie avtokolebanyai obrazovanie struktur, Saratov, pp. 67-68, 2007. [24] Z. Zh. Zhanabaev, S. N. Аkhtanov, New method for investigating of bifurcation regimes by use of re- alization of a dynamical system // Eurasian Physical Technical Journal, vol. 12, № 2(24), pp. 10-16, 2015.
Жанабаев З.Ж., Гревцева Т.Ю., Кожагулов Е.Т. Нейрондық сигналдардың бейсызық сипаттамалары Түйіндеме. Бұл жұмыс танымал теориялық модельдер негізінде нейрондық сигналдарды жалпылама метрикалық және топологиялық (ақпараттық энтропия) сипаттамалары бойынша анықтау болып табылады. Нейрондардың уакыт бойынша өзгеретін әрекет потенциал қисықтары масштабты инварианттылық қасиетке ие екендігі көрсетілген. Нейрондық сигналдардың информациясы мен энтропиясы өзұқсас және өзаффинді тұрақ- ты мәндері көрсетілген.
сипаттамалары.
Zhanabaev Z.Zh., Grevtseva T.Yu., Kozhagulov Y.T. Nonlinear characteristics of neural signals Summary. The study is devoted to definition of generalized metrical and topological (informational entropy) characteristics of neural signals via their well-known theoretical models. We have shown that time dependence of ac- tion potential of neurons is scale invariant. Information and entropy of neural signals have constant values in case of self-similarity and self-affinity. Keywords: Neural networks, information, entropy, scale invariance, metrical, topological characteristics. ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017 369
УДК 539.216:621.371
(Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Республика Казахстан)
при воздействии различных полярных и неполярных газов. Преимущественной характеристикой кремниевых нанонитей является их проводимость при постоянном токе, так как относительное изменение проводимости нитей показывают очень высокую чувствительность на изменение окружающей среды. Также данный метод измерения газовых сред является практически важным при изготовлении промышленных прототипов газовых сенсоров.
Кремниевыенанонити (КНН)
являются перспективными материалами в изготовлении газовых сенсоров. Первым это показал Lieber в 2001 году [1]. Ряд работ показали, что КНН хорошо чувствуют и неорганические и органические газы. В 2007 году Heath и др. получили газовый датчик на основе КНН который распознает NO 2 с концентрацией вплоть до 20 ppb [2]. Поэтому создание высокочувствительных, стабильных, быстродействующих газовых сенсоров на основе КНН является актуальной задачей. С этой целью были исследованы газочувствительные электрические характеристики КНН [3].
Для получения КНН использовался весьма эффективный и недорогостоящий метод металл- индуцированного химического травления, который имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами получения КНН. В качестве исходной подложки использовался легированный бором p-типа кристаллический кремний с концентрацией носителей заряда 10 15 см
-3 , толщиной 300 м км и направлением плоскости (100). Результаты СЗМ свидетельствуют о том, что КНН имеют высоту до 5 – 7 мкм, КНН расположены беспорядочно и расстояния между отдельными нитями от 50 нм до 1 мкм. Встречаются также отдельные нити, диаметр которых равен 20 – 50 нм. Практически все измерения проводились приблизительно при одной и той же концентрации различных паров органических соединений. Для того чтобы продемонстрировать чувствительные свойства полученных сенсорных устройств КНН, схема измерений была построена для измерения влажности и газа. Рисунок 1 представляет собой схему сенсорной системы:
Ф И З И К О - М А Т Е М А Т И Ч Е С К И Е Н А У К И ● Физика–математика ғылымдары
370 №1 2017 Вестник КазНИТУ
Образец кремниевой нанонити был расположен в темном помещении, которое изолировано от внешнего воздействия света и других возмущении, а так же при комнатной температуре. Контейнеры с источником газа и с регулируемым сухим воздухом подведены к образцу через трубку. Таким образом, мы измерили электрические свойства кремниевыхнанонитей. Выяснилось, что кремниевые нанонити очень чувствительны к изменениям окружающей среды. Измерительный прибор автоматизирован и точно отражает процесс изменения при низком токе через образец. Процент влажности составляет 25% (влажность воздуха в помещении), для сухого воздуха 15%. После эксперимента образец восстанавливается в течение нескольких часов, без дополнительных внешних воздействий, в зависимости от газа. Время десорбции газа из образца кремниевой нанонити занимает от нескольких минут до нескольких часов.
Рис. 2. Интерфейс в программе LabVIEW для измерения и обработки сигналов
Основная идея заключается в том, что КНН могут быть изготовлены в виде датчика так, что его сопротивление можно модулировать путем поверхностного заряда, связанного с адсорбции и десорбции газа. КНН служит в качестве проводящего канала носителей и два конца кремниевых нанонитей соединены с истока к стоку. В это время электрическое поле, индуцированное во время процессов адсорбции и десорбции газа, происходящих на поверхности КНН выступает в качестве ворот. Как полагают, принцип обнаружения газа с помощью КНН заключается в переносе электронов между КНН и исследуемым газом, с накоплением или истощение носителей внутри КНН [5, 6]. Для легированного КНН р-типа при уменьшении молекулы газа адсорбируются на поверхности КНН, донором электронов, свойства этих молекул газа к истощению основных носителей дырок в КНН, что приводит к увеличению сопротивления КНН. В противном случае окисляющие молекулы газа поглощаются наповерхностей КНН, и их электроноакцепторные свойства вызывают накопление носителей дырок внутри КНН, что приводит к уменьшению удельного сопротивления КНН. Хотя этот общий принцип зондирования является общепринятым, сведения о том, как молекулы газа взаимодействуют с КНН с существованием слоя диоксид кремния (SiO 2 ) при комнатной температуре еще предстоит исследовать. Джоши и Кумар предложил описать явление зондирования КНН через пассивации оборванных неполных ковалентных связей [7]. Проводимость КНН вычисляется по формуле
L 4 D μπ ne = G 2 (1)
где n начальная концентрация носителей, подвижность электронов, D и L диаметр и длина нанонитей, соответственно. При исследовании газа молекулы абсорбируются на поверхности КНН, индуцированной изменением проводимости [4, 7]:
● Физика–математика ғылымдары
371 №1 2017 Вестник КазНИТУ
L
D μπ ne Δ = G Δ 2 (2) где ∆n средняя концентрация носителей внутри нитей. Это уравнение означает, что газ изменяет концентрацию носителей заряда. Модификация электрического транспорта поглощенного газа может быть качественно объяснено неравновесной функцией Грина [6, 7]. Таким образом, путем мониторинга изменения сопротивления КНН, концентрация специфических молекул газа может быть обнаружена. G G Δ = S (3)
Чувствительность датчика кремниевыхнанонитей определяется как относительное изменение проводимости (3). -0,8
-0,4 0,0
0,4 0,8
1µ 10µ
100µ Ethanol
Dry Air I, A U, V Humid Air
(этанол, сухой и влажный воздух)
200 400 600
800 1000
50 100
150 200
gas off C o n d u c tiv
it y ( 1 /M O h m ) time (s) Acetonitrile Chloroform Toluene
Methanol Ethanol
gas on
Рис. 4. Изменение электрических характеристик SiNW по времени
Концентрация поданного газа была ~ 0.5 P/P 0 , где P- давление пара, P 0 - давление насыщенного пара. В результате подачи паров жидкостей, как метанол, этанол, хлороформ, толуол и ацетонитрил наблюдается максимальная чувствительность на метанол (относительное изменение проводимости 400 %). Газовый сенсор на основе КНН реагирует мгновенно на все измеренные пары жидкостей и возвращается в исходное состояние от 5 с без внешних термических и диффузионных воздействий.
В данной работе результаты обнаружения и исследования газа были представлены с использованием кремниевыхнанонитей. Полевые газы были испытаны при комнатной температуре. Металл-индуцированное химическое травление использовался для изготовления вертикально ● Физика–математика ғылымдары
372 №1 2017 Вестник КазНИТУ
расположенных кремниевых нанонитей, которые являются высокочувствительными сенсорами газов и влажности. Так же описаны преимущества получения кремниевыхнанонитей с помощью данного метода.
ЛИТЕРАТУРА [1]Y. Cui, C.M. Lieber.Functional nanoscale electronic devices assembled using silicon nanowire building blocks // Science 291. – 2001. – P. 851–853. [2] M.C.McAlpine, H.Ahmad, D.Wang, J.R. Heath. Highly ordered nanowire arrays on plastic substrates for ultrasensitive flexible chemical sensors // Nat. Mater. 6 – 2007. – P. 379–384. [3] M.K. Ibraimov, Y. Sagidolda, S.L.Rumyantsev, Z.Zh. Zhanabaev, M.S. Shur. Selective Gas Sensor Using Porous Silicon // Sensor Letters. – 2016. – Vol.14. – P. 1-4. [4] Brigham Young University, D.o.E.C.E. Metal-Semiconductor Ohmic and SchottkyContacts. Available from: http://www.cleanroom.bvu.edu/ohmic-schottky.phtml . [5] Wan J., et al.. Silicon nanowire sensor for gas detection fabricated by nanoimprint onSU8/SiO2/PMMA trilayer // Microelectronic Engineering. 86(4-6). – 2009. – P. 1238-1242. [6] Peng, K.-Q., X. Wang, and S.-T. Lee, Gas sensing properties of single crystalline poroussilicon nanowires // Applied Physics Letters. – 95(24). – 2009. –P. 243112-3. [7] Joshi, R.K., A. Kumar. Room temperature gas detection using silicon nanowires // MaterialsToday. –14(1-2). – 2011. –P. 52-52.
Ибраимов М.К., Сагидолда Е., Алимова М.А., Себепкалиев Н.Ж. Кремний наножіпшілері негізіндегі газды сенсорларының жоғары сезгіш электрлік қасиеттері Түйіндеме. Бұл жұмыста кремний наножіпшесіне әр түрлі полярлы және полярсыз газдардың әсері етуі кезіндегі электрлік қасиеттері зерттелді. Қоршаған ортаға кремний жіпшелерінің өткізгіштігінің салыстырмалы өзгерісі өте жоғары болғандықтан, тұрақты тоқтағы электр өткізгіштік қасиеті негізгі сенсорлық сипаттама ретінде анықталды. Сонымен қатар аталған газ сенсорлық әдісі тәжірибелік тұрғыда және өндірістік прототиптерді жасауда тиімді болып табылады.
Ibraimov M.K., Sagidolda Y., Alimova M.A., Sebepkaliev N.Zh. Highly sensitive electrical characteristics of gas sensors based on silicon nanowires Summary. In this paper we investigated the electrical characteristics of silicon nanowires upon exposure to various polar and nonpolar gases. Advantageous properties of silicon nanowires is the conductivity at a constant current, as the relative change in the conductivity of the filaments show a very high sensitivity to environmental change. Also, this method of measuring gas environments is the practical importance in the manufacture of industrial prototypes of gas sensors.
УДК: 006.9:34
Ш.С. Оспанова, А.А. Куйкабаева (Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті Алматы, Қазахстан Республикасы)
ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖАБДЫҚТАР МЕН ӨЛШЕУ ҚҰРАЛДАРЫН СЫНАУДЫ ТАЛДАУ Түйіндеме. Берілген мақалада тұтынушылардың құқықтарын қорғау Ұлттық Комитеті негізінде зертханалық жабдықтар мен өлшеу құралдарын сынауды талдау көрсетілген. Зертханалық жабдықтар мен өлшеу құралдарын сынау, қалай жүргізілетіндігіне талдау жасалынған. Өлшеу құралдарына аттестаттау жүргізу тәртібінегізгі сипаттамалары келтірілген. Өлшеу құралдарын сынауды тексеру қалай анықталатындығы мазмұндалған. Мақалада зертханалық жабдықтар мен өлшеу құралдарын сынау талданған.
● Физика–математика ғылымдары
373 №1 2017 Вестник КазНИТУ
Тұтынушылардың құқықтарын қорғау Ұлттық Комитеті негізіндегі зертханалық жабдықтар мен өлшеу құралдарын сынауды талдау. Өлшеу құралдары дегеніміз - сыртқы және ішкі өлшемдерді (нониустық, межемен жабдықталған өлшегіш құралдар, микрометрлер, микрометрлік штихмастар), тереңдік пен биіктікті (штанген тереңдік өлшерлер, микрометрлік тереңдік өлшерлер) өлшеуге арналған, тетіктерді белгілеуге (штангенрейсмустар) арналған аспаптар яғни, өлшеулер кезінде пайдаланылатын және нормаланған метеорологиялық қасиеттері бар техникалық құрал. Өлшем құралдарын сынауды талдау метрологиялық бақылауды жүзеге асыру кезінде ҚР СТ 2.7 сәйкес Қазақстан Республикасы өлшем бірлігін қамтамасыз етудің мемлекеттік жүйесінің тізіліміне енгізілуі, өлшем құралдарының типтері ҚР СТ 2.21 сәйкес бекітілуі немесе ҚР СТ 2.30 сәйкес оларды метрологиялық аттестаттау жүргізілуі қажет талаптарына сәйкестіктен басқа, мыналар тексеріледі: -техникалық құралдардың мемлекеттік метрологиялық қадағалауға және салыстырып тексеруге жататын өлшем құралдарына жатуын анықтаудың дұрыстығы; -осы заңды немесе жеке тұлға пайдаланатын, өндіретін импортқа шығаратын және жөндейтін өлшем құралдарын өз уақтында салыстырып тексеруге, калибрлеуге типін бекіту мақсатында және бекітілген типке сәйкестігіне сынауға ұсыну; -осы жеке немесе заңды тұлға жүзеге асыратын өлшем құралдарын салыстырып тексеру және калибрлеу процедураларының нормативтік құжаттар талаптарына сәйкестігі; -салыстырып тексеру таңбаларының басылуларының және салыстырып тексеру туралы туралы сертификаттардың болуы; -калибрлеу белгілерінің және калибрленген өлшем құралдары үшін калибрлеу туралы сертификаттардың болуы. Өлшемдерді орындау әдістемелерін метрологиялық бақылауды жүзеге асыру кезінде олардың Мемлекеттік метрологиялық қадағалауды жүзеге асыру аясында қолданылатын өлшемдерді орындау әдістемелері ГОСТ 8.010 талаптарына сәйкес келуі, ҚР СТ 2.18 сәйкес аттестатталған және ҚР МӨЖ тізіліміне енгізілген талаптарына сәйкестігін тексереді. Өлшем құралдарын салыстырып тексеруді, калибрлеуді, өндіруді, жөндеуді және юстирлеуді жүргізетін қызметкерлерді метрологиялық бақылауды жүзеге асыру кезінде қойылатын біліктілік талаптарына сәйкестік тексеріледі [1]. Метрологиялық талаптар қойылатын қызметтің басқа объектілері мен түрлері мыналар бола алады: -өлшем бірлігін қамтамасыз ету бойынша нормативтік құжаттар, соның ішінде оларды актуалды қамтамасыз ету; -өлшем құралдарын өндіру және жөндеу процесстері; -шамалар бірліктерін, олардың атауларын және белгіленулерін пайдалану; -өлшем құралдарының метрологиялық сипаттамаларын нормалау және оларды жазудың дұрыстығы; -өлшемдерді орындау әдістемелерін қолдану; -өлшемдерді жүргізуге арналған құралдарын таңдау. Метрологиялық бақылауды жүзеге асыратын тұлғалардың міндеттерін, құқықтарын және жауапкершілігін, сондай-ақ метрологиялық бақылау нәтижелерін рәсімдеу тәртібін және тәртіп бұзушылық кезінде қолданылатын шараларды мемлекеттік басқарма органдарының, заңды және жеке тұлғалардың метрологиялық қызметтері қолданыстағы заңнамалыққа сәйкес белгілейді. Зертханалық жабдықтар мен стандартты емес өлшеу құралдарын сынау кезінде метрологиялық аттестаттаудан өткізу. Мемлекеттік сынақтан өткізілмейтін өлшем құралдары метрологиялық аттестаттаудан өтеді. Олар:өлшем құралдарының жалғыз даналары, өте сирек түрлері, сериялы өндіріске арналмаған түрлері, шетелден сатып алынған бірнеше
данасы. Мұндай
құралдар, олардыңтехникалық және метрологиялық сипаттамалары стандарттауға жатпайды. Сондықтанмұндай өлшем құралдарын стандартталмаған деп атайды.Оларды әсіресе ғылыми-зерттеу институттарында көптеп жасап қолданады. Өлшемнің бірегейлігі мен сенімділігі осы құралдарға байланысты болған жағдайда оларды сөзсіз аттестаттау қажет.Өлшем құралдарын метрологиялық аттестаттауға мемлекеттік басқару органдары, өлшем құралдарын өндіретін, пайдаланатын, жабдықтайтын жеке және заңды тұлғалар (бұдан әрі - өтінушілер) ұсынады.Өлшем құралдарын метрологиялық аттестаттауды мемлекеттік ғылыми метрологиялық орталық (бұдан әрі - МҒМО) іске асырады.
|